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 生 物 工 艺 学（下） 第 一 章　　　　绪 论 教材： 《新编生物工艺学》下册 俞俊棠 本课程主要内容 生物下游加工过程概论、发酵液的预处理和固液分离方法、细胞破碎、沉淀法、膜分离技术、溶剂萃取法、双水相萃取、吸附法、离子交换法、液相色谱法、亲和分离技术、结晶法、基因工程药物生产实例等 成绩 平时成绩占30%，包括平时作业、课堂(实验报告，提问,点名)等。 期末考试占70%，闭卷考试方法总成绩:平时(30%)+期末(70%)。 一、下游加工过程在生物技术中的地位 下游技术（工程）（downstreamprocessing）： 对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。 二 传统生化产品和基因工程产品回收方法的比较 1.生化产品的类型 按用途分类 食品类。 保健品类。 医用类产品（1998年，719种）。抗生素112种 农业用产品（1998年，36种）。 生物试剂类（1998年，975种）。 按分子量大小分类 Mass 1000D：抗生素、有机酸、多肽类等 Mass 1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类 按发酵时目的产物所在的位置分类 cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质 cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶） 2、传统生化产品和基因工程产品在提取和精制上的差异 ? 传统生化产品都为小分子(工业用酶除外，但它们对纯度要求不高、提取方法较简单)．其理化性能数据都为已知，因此放大比较有根据； 基因工程产品大多为大分子，必要数据缺乏，放大多凭经验。 ? 由于第一代基因工程产品都以E.coli作为宿主，表达产品处于胞内，提取前需将细胞破碎，细胞内物质释放出来，给提取增加了很多困难； 而发酵液中的产物，浓度较低，杂质又多，且一般大分子较小分子不稳定(易失活，如对剪切力)，故提取较困难。 ? 大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分离，由于蛋白质都由氨基酸所构成，所以性质相似，分离主要依靠高分辨力的精制方法，如色谱分离等。 三、生物技术下游加工过程的特点 含水多，产物含量低； 含菌体蛋白； 溶有原来培养基成分； 相当多的副产物、杂蛋白、毒素和色素； 易被杂菌污染或使产物进一步分解； 易起泡，粘性物质多。 3 加工过程的特点 1)应用面广。 医药卫生、环保、动植物生长调节、食品和试剂等 2)种类繁多。结构功能复杂，生物活性各异。 3)目的产物在初始物料中的含量低。 青霉素（4.2%）、庆大霉素（0.2%）、干扰素（50ug/ml）。 4)产品价格与产物浓度呈反比 5)初始物料成分复杂,常需多个步骤,产品总收率低。除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等。 6)生物活性物质的稳定性低。易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。 7)产品的质量要求高，尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原 --- 青霉噻唑蛋白必须控制RIA值（放射免疫测定）小于100（1.5*10-6），蛋白类药物（杂质 2%）、重组胰岛素中杂蛋白小于0.01%。 六、 纯化方法选择的基本原则 1)尽可能简单、低耗、高效、快速。 2)分离步骤尽可能少，每步收率尽可能高。 A)分离步骤越多，回收率越低； 如Y10 = 0.9510 = 0.63，Y5 = 0.955 =0.77 B)分离步骤多，设备投入大，人员物资消耗大，生产周期长 九、目标蛋白质的表征和分析方法 蛋白质在分离、纯化过程个易发生变化，因此得到的产品应与已知标准品对照，证明为同一物质并检查其纯度。为达此目的，常需用几种方法。 1、 HPLC选用基于个同原理的两种层析系统(如反相层析和离子交换层析)，如只得到单个对称峰则表明纯度较高； 1）聚丙烯酰胺凝胶电泳(PALE)和等电聚焦； 2）顺序分列N·端和C端顺序分析可用来表征蛋白质： 3）其他分析，如氨基酸分析、肽图、免疫化学分析等可进一步提供产品纯度达到均质(homogeneity)和标准品一致的证明。 本章要求 熟悉下游加工过程的重要性和特点 了解下游加工技术的发展过程 掌握下游加工过程的主要步骤和主要单元操作 * * * 参考教材 《生物工业下游技术》 毛宗贵 《生